【正文】 帶走軸承運轉所產(chǎn)生的部分熱量。 實踐表明在潤滑中供油量過多或過少都是有害的，而前兩種潤滑方式均無法準確地控制供油量多少，不利于主軸軸承轉速和壽命的提高。而新近發(fā)展起來的油氣潤滑方式則可以精確地控制各個摩擦點的潤滑油量，可靠性極高。實踐證明，油氣潤滑是高速大功率電主軸軸承的最理想潤滑方法，但其所需設備復雜，成本高。由于油氣潤滑方式潤滑效果理想，目前已成為國際上最流行的潤滑方式。（2）電主軸的熱源分析及其冷卻 電主軸有兩個主要的內部熱源：內置電動機的發(fā)熱和主軸軸承的發(fā)熱。如果不加以控制，由此引起的熱變形會嚴重降低機床的加工精度和軸承使用壽命，從而導致電主軸的使用壽命縮短。 電主軸由于采用內藏式主軸結構形式，位于主軸單元體中的電機不能采用風扇散熱，因此自然散熱條件較差。電機在實現(xiàn)能量轉換過程中，內部產(chǎn)生功率損耗，從而使電機發(fā)熱。研究表明，在電機高速運轉條件下，有近1/3的電機發(fā)熱量由電機轉子產(chǎn)生，并且轉子產(chǎn)生的絕大部分熱量都通過轉子與定子間的氣隙傳入定子中；其余2/3的熱量產(chǎn)生于電機的定子。所以，對電機產(chǎn)生發(fā)熱的主要解決方法是對電機定子采用冷卻液的循環(huán)流動來實行強制冷卻。典型的冷卻系統(tǒng)是用外循環(huán)水式冷卻裝置來冷卻電機定子，將電機的熱量帶走。 角接觸球軸承的發(fā)熱主要是滾子與滾道之間的滾動摩擦、高速下所受陀螺力矩產(chǎn)生的滑動摩擦以及潤滑油的粘性摩擦等產(chǎn)生的。減小軸承發(fā)熱量的主要措施： ①適當減小滾珠的直徑 減小滾珠直徑可以減小離心力和陀螺力矩，從而減小摩擦，減少發(fā)熱量。 ②采用新材料 比如采用陶瓷材料做滾珠，陶瓷球軸承與鋼質角接觸球軸承相比，在高速回轉時，滾珠與滾道間的滾動和滑動摩擦減小，發(fā)熱量降低。 ③采用合理的潤滑方式 油氣和油霧等潤滑方式對軸承不但具有潤滑作用，還具有一定的冷卻作用。 電主軸的選用 對于已經(jīng)系列化供應市場的電主軸生產(chǎn)廠家提供有詳細的外形尺寸、冷卻方式、潤滑方式及輸入輸出參數(shù),主軸的選用比較簡單,只需配套滿足功率、電流和使用要求的變頻電源和外用冷卻、潤滑設施即可。事實上電主軸的現(xiàn)有規(guī)格型號往往不能滿足用戶的需求,許多用戶希望依照自己的要求定做電主軸。初步了解一些主要參數(shù)對電主軸的影響,一方面可以使在定做電主軸時所提出的要求更具可行性另一方面也可以得到性價比較高的電主軸產(chǎn)品。在設計電主軸參數(shù)時，首先要給定一些基本的幾何條件，例如刀具連接型式（一般為HSK ）和電機尺寸等?？招腻F柄的大小決定了滾動軸承的孔徑，電機的幾何尺寸限制了向下的支承距離并確定軸的外徑。為了能充分利用驅動電機的功率和轉速，設計時必須確保高速旋轉的電主軸的最高運行轉速遠離主軸的一階固有頻率，并且要把所用的刀具一起考慮在內，因為刀具影響系統(tǒng)的振動特性。電主軸的支承采用油氣潤滑的帶雙列陶瓷滾珠的精密主軸軸承，效果很好。電主軸要獲得好的性能和使用壽命，必須對電主軸各個部分進行精心設計和制造。電主軸的定子由具有高導磁率的優(yōu)質矽鋼片迭壓而成，定子內腔帶有沖制嵌線槽。轉子由轉子鐵芯、鼠籠和轉軸三部分組成。主軸箱的尺寸精度和位置精度也將直接影響主軸的綜合精度。通常將軸承座孔直接設計在主軸箱上，為加裝電機定子，必須至少開放一端。主軸高速旋轉時，任何小的不平衡質量即可引起電主軸大的高頻振動。因此精密電主軸的動平衡精度要求達到G1~。對于這種等級的動平衡，采用常規(guī)的方法即僅在裝配前對主軸上的每個零件分別進行動平衡是遠遠不夠的，還需在裝配后進行整體的動平衡，甚至還要設計專門的自動平衡系統(tǒng)來實現(xiàn)主軸的在線動平衡。另外，在設計電主軸時，必須嚴格遵守結構對稱原則，鍵聯(lián)接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用，而普遍采用過盈聯(lián)接，并以此來實現(xiàn)轉矩的傳遞。過盈聯(lián)接與螺紋聯(lián)接或鍵聯(lián)接相比有：不會在主軸上產(chǎn)生彎曲和扭轉應力，對主軸的旋轉精度沒有影響；主軸的動平衡易得到保證等優(yōu)點。轉子與轉軸之間的過盈聯(lián)接分為兩類，一類是通過套筒實現(xiàn)的，此結構便于維修拆卸；另一類是沒有套筒，轉子直接過盈聯(lián)接在轉軸上，此類聯(lián)接轉子裝配后不可拆卸。由于內孔與轉軸配合面之間有很大的過盈量，所以轉子與轉軸可以采用轉軸冷縮和轉子熱脹法裝配。帶有套筒的聯(lián)接拆卸時，需向轉子套筒上預留的油孔中高壓注油，迫使轉子的過盈套筒漲開，即可順利拆卸下電機的轉子。電機定子通過一個冷卻套固定裝在電主軸的箱體中。在前面的敘述中，已多處提到電主軸的選用問題。 實際上，選用電主軸最重要的是選定其最高轉速、額定 功率和轉矩及其與轉速的關系。根據(jù)切削規(guī)范計算所 需的轉速、轉矩和功率是每個設計師都勝任的工作。 這里只提出幾點注意事項： (1)從最終用戶的實際需要出發(fā)，切忌盲目地“貪 高(高轉速)求大(大功率)”，以免造成性能冗余、資金 浪費、維護費事，以致后患無窮。 (2)根據(jù)實際可行的切削規(guī)范，對多個典型工件 的多個典型工序多做計算，少“拍腦袋”，或只是粗略 地估算。 (3)不要單純依靠樣本來選用，而應多與供應商 的銷售服務專家深入交談，向他們交實際應用的 “底”，多聽取他們有根據(jù)的有益建議。經(jīng)常有這樣的 情況：在他們詳盡了解用戶需求后，他們會對其標準產(chǎn) 品略加修改，即可提出能滿足用戶一些特殊需求的最 佳方案。 (4)注意正確選擇軸承類型與潤滑方式。在滿足 需求條件下，應盡量選用陶瓷球混合軸承與永久性油 潤滑的組合，這樣可省去潤滑部件并簡化維護。 3數(shù)控系統(tǒng)電路設計根據(jù)總體方案及機械結構的控制要求，確定硬件電路的總方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結構框圖。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎，有了硬件，軟件才能有效地運行的。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。 機床硬件電路有以下幾部分組成 (1) 主控制器，即中央處理單元CPU。目前在經(jīng)濟型數(shù)控鉆床中推薦使用MCS51系列單片機作為主控制器。(2) 總線。包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。(3) 存儲器。包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。(4) 接口。Ｉ/Ｏ（輸入/輸出）接口電路。(5) 外圍設備。如鍵盤，顯示器及光電輸入機等。 MCS51單片機簡介MCS51系列單片機是美國INTEL公司在MCS48系列單片機的基礎上推出的產(chǎn)品，于1980年問世，它的集成度很高，是集片內存儲器、片內輸入/輸出部件和CPU于一體的優(yōu)良的單片機系統(tǒng)，它已被廣泛的應用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。 MCS51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8038051和8751。三種型號的引角完全相同，僅有內部結構上有少數(shù)差異。8751具有片內EPROM但價格是8051的10—15倍，所以適合于開發(fā)樣機，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場進一步完善的場合。8051EPROM 是INTEL公司在制作芯片時為用戶制備的，很難采用8051型芯片，而8031內無ROM，適合于擴展ROM，可在現(xiàn)場修改和更新程序存儲器的應用場合使用，其價格低、使用靈活，非常適合雜我國使用。因此本次設計采用8031芯片。 8031單片機的基本特性 (1) 具有功能很強的8位中央處理單元 (2) 片內有時鐘發(fā)生電路 (3) 的片內具有128字節(jié)RAM (4) 具有21的特殊寄存器 (5) 可擴展64Ｋ字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字節(jié)的程序存儲器 (6) 具有四個Ｉ/Ｏ口,32條Ｉ/Ｏ線 (7) 具有兩個16位定時器/計數(shù)器 (8) 具有五個中斷源，配備兩個中斷優(yōu)先級 (9) 具有一個全雙工串行接口 (10) 具有位尋址能力、適用于邏輯運算 可以看出這種芯片集成度很高、功能強，只需增加少量外圍器件就可以構成一個完整的微機系統(tǒng)。 8031芯片引腳及其功能介紹 8031芯片具有40根引腳，其引腳40根引腳按其功能可以分為4類：（1） 電源線2根 Vcc：編程和正常操作時的電源電壓，接+5V； Vss:地電平。（2） 晶振2根 XTAL1:振蕩器的反向放大器輸入。使用外部振蕩時必須接地。 XTAL2:振蕩器的反向放大器的輸出和內部時鐘發(fā)生器的輸入，當使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。（3）Ｉ/Ｏ口共有P0、PPP3四個8位口，32根Ｉ/Ｏ線，其功能如下：： 是Ｉ/Ｏ端口0的引腳，端口0是一個8位漏級開路的雙向Ｉ/Ｏ端口。在存取外部存儲器是，該端口分時地作低8位的地址線和8位雙向數(shù)據(jù)端口。 ： 端口1的引腳，是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使用。